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Die Erfindung betrifft eine regelbare Kühlmittelpumpe für einen Kühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, das einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass aufweist, sowie mit einem in Abhängigkeit von der Drehzahl von der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren, innerhalb des Pumpengehäuses angeordneten Pumpenrads, sowie mit einem im Pumpengehäuse und konzentrisch zur Rotationsachse des Pumpenrades angeordneten und in Achsrichtung des Pumpenrades verstellbaren Leitblech zum Einstellen des Kühlmittelvolumenstroms, wobei das Pumpenrad einen Scheibenabschnitt und mit diesem verbundene Schaufeln aufweist, wobei die Schaufeln des Pumpenrades Öffnungen in einem radialen Bereich des Leitblechs durchsetzen und das Leitblech radial außen einen axialen Ansatz aufweist, der zwischen dem Scheibenabschnitt und dem Pumpengehäuse angeordnet ist, wobei der axiale Ansatz abgedichtet zum Scheibenabschnitt positioniert ist.
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Derartige regelbare Kühlmittelpumpen werden in aller Regel über eine Riemenscheibe von einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, sodass die Fördermenge durch Variation der Antriebsdrehzahl des Pumpenrades der Kühlmittelpumpe veränderbar ist. Zusätzlich lässt sich die Fördermenge durch Verändern der Stellung des Leitblechs und damit Verändern des Förderquerschnitts der Kühlmittelpumpe variieren. Dies ist beispielsweise zur Verkürzung der Warmlaufphase nach einem Kaltstart zur Reduzierung einer Kraftstoffersparnis durch Reduzierung der Reibung im Motor, bei Volllast-Betriebszuständen, wie zum Beispiel Bergfahrt oder Höchstgeschwindigkeitsfahrt bei hohen Umgebungstemperaturen von Vorteil.
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Eine Kühlmittelpumpe, die die Merkmale der eingangs genannten Art aufweist, ist aus der
US 5,169,286 bekannt. Bei dieser stellt eine zwischen dem Scheibenabschnitt des Pumpenrades und dem axialen Ansatz des Leitblechs angeordnete elastische Dichtung sicher, dass durch diesen radial äußeren Bereich kein Kühlmittel aus dem zwischen dem Leitblech und dem Scheibenabschnitt des Pumpenrades gebildeten Kühlmittelraum treten kann, in dem das Kühlmittel zusammen mit dem Pumpenrad rotiert. Andererseits stellen weitere Öffnungen, die das Leitblech oder der Scheibenabschnitt des Pumpenrades radial weiter innen aufweisen, einen Druckausgleich zwischen diesem Innenraum und dem diesen umgebenden Außenraum im Pumpengehäuse sicher.
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Nachteilig ist, dass dieser äußere Ringspalt zwischen Scheibenabschnitt und axialem Ansatz des Leitblechs immer abgedichtet ist und hierdurch in diesem Bereich keine Möglichkeit besteht, Kühlmittel zur Erreichung besonders schneller Schaltzeiten infolge Verstellung des Leitblechs zu verdrängen.
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Weitere regelbare Kühlmittelpumpen sind in der
DE 10 2004 054 637 A1 und
DE 10 2006 034 960 A1 beschrieben. Bei diesen findet ein verstellbarer, topfförmiger Schieber Verwendung, mit dem, entsprechend der Schieberstellung, mehrere Kühlmittelauslässe der Kühlmittelpumpe variabel verschlossen oder freigegeben werden können, um so den von der Kühlmittelpumpe beförderten Kühlmittelvolumenstrom verändern zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine regelbare Kühlmittelpumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit dieser schnelle Schaltzeiten darstellbar sind.
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Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass der axiale Ansatz mindestens eine Entlastungsöffnung für zwischen dem Leitblech und dem Scheibenabschnitt befindliches Kühlmittel beim Verstellen des Leitblechs aufweist.
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Bei dieser regelbaren Kühlmittelpumpe kann somit zumindest immer dann, wenn das Leitblech verstellt wird, Kühlmittel durch die mindestens eine Entlastungsöffnung aus dem zwischen dem Leitblech und dem Scheibenabschnitt des Pumpenrades gebildeten Innenraum austreten bzw. durch diese in den Innenraum eintreten. Die Öffnungen in dem radialen Bereich des Leitblechs, die von den Schaufeln des Pumpenrades durchsetzt werden, können somit den Schaufeln angepasst werden. Die Schaufeln durchsetzen somit die Öffnungen mit geringem Spalt, sodass minimale Leckverluste zwischen Leitblech und Schaufeln in diesen Bereichen zu verzeichnen sind. Die Ausbildung der mindestens einen Entlastungsöffnung des axialen Ansatzes ermöglicht es, von Druckausgleichsöffnungen im Leitblech abzusehen, sodass Kühlmittel ausschließlich durch Leckagespalte zwischen den Schaufeln des Pumpenrades und dem Leitblech in den Innenraum zwischen Leitblech und Scheibenabschnitt des Pumpenrades gelangen kann. Hierdurch ergibt sich ein besonders guter Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Scheibenabschnitt des Pumpenrades radial außen eine umlaufende Dichtung auf. Diese Dichtung kontaktiert insbesondere in einer ersten Endstellung des Leitblechs dieses zwischen der Entlastungsöffnung und dem radialen Bereich. Insbesondere kontaktiert die Dichtung in einer zweiten Endstellung des Leitblechs dieses zwischen der Entlastungsöffnung und dem dem radialen. Bereich abgewandten Ende des axialen Ansatzes. Bei der ersten Endstellung des Leitblechs handelt es sich insbesondere um diejenige, in der ein maximaler Kühlwasservolumenstrom eingestellt ist. In dieser Stellung ist das Leitblech maximal in Richtung des Scheibenabschnitts des Pumpenrades verstellt. Insbesondere handelt es sich bei der zweiten Endstellung des Leitblechs um eine Stellung, in der ein minimaler, insbesondere kein Kühlwasservolumenstrom eingestellt ist. Kein Kühlwasservolumenstrom ist dann eingestellt, wenn das Leitblech maximal vom Scheibenabschnitt des Pumpenrades weg verstellt ist und der Durchgang des Pumpengehäuses und somit der zwischen dem Leitblech und dem Pumpengehäuse gebildete, üblicherweise durchströmte Außenraum des Pumpengehäuses vollständig verschlossen ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der axiale Ansatz mehrere, insbesondere am Umfang des axialen Ansatzes gleichmäßig verteilt angeordnete Entlastungsöffnungen aufweist. Bei definierter Stellung des Leitblechs kann Kühlmittel somit durch die diversen Entlastungsöffnungen strömen, insbesondere verteilt sich der Volumenstrom gleichmäßig auf die Entlastungsöffnungen.
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Die jeweilige Entlastungsöffnung, durch die Kühlmittel beim Verstellen des Leitblechs übertreten kann, kann unterschiedlich ausgebildet sein. Als bevorzugt wird eine längliche, schmale Form, somit die Ausbildung als Schlitz angesehen. Insbesondere sind alle Entlastungsöffnungen als Schlitze ausgebildet.
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Die jeweilige Entlastungsöffnung ist insbesondere als Nut im axialen Ansatz oder als den axialen Ansatz durchsetzendes Loch ausgebildet. Bei Ausbildung als Nut durchsetzt diese somit den axialen Ansatz nicht, sodass Kühlmittel im Bereich der Nut, in dem keine Abdichtung zwischen axialem Ansatz des Leitblechs und Scheibenabschnitt des Pumpenrades erfolgt, zwischen diesen durchströmen kann. Im Fall der Ausbildung der Entlastungsöffnung als den axialen Ansatz des Leitblechs durchsetzendes Loch kann Kühlmittel unmittelbar durch das Leitblech im Bereich dessen axialem Ansatz strömen. Bei dieser Gestaltung wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Leitblech in seiner vom Scheibenabschnitt des Pumpenrades weg bewegten Endstellung zum Deckblech umlaufend abgedichtet ist. Bei Vollförderung, wenn demnach das Leitblech unmittelbar benachbart dem Scheibenabschnitt des Pumpenrades angeordnet ist, ist das Leitblech zum Scheibenabschnitt des Pumpenrads hin abgedichtet, sodass kein Kühlmittel die mindestens eine Entlastungsöffnung passieren kann. Befindet sich das Leitblech in der anderen Extremstellung, somit in Anlage am Deckblech, wobei diese Stellung der Nullförderung der Kühlmittelpumpe entspricht, ist gleichfalls keine Leckage von Kühlmittel aufgrund der Abdichtung zwischen Leitblech und Deckblech zu verzeichnen.
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Vorzugsweise ist das Deckblech oder das Leitblech auf einander zugewandten Seiten mit einem konzentrisch zur Rotationsachse des Pumpenrades angeordneten Dichtring versehen. Mittels dieses Dichtrings erfolgt bei Nullförderung die Abdichtung von Deckblech und Leitblech.
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Konstruktiv ist das Leitblech insbesondere so gestaltet, dass es topfförmig ausgebildet ist. Das Leitblech ist insbesondere mit einer Schubstange verbunden. Diese Schubstange ist vorzugsweise mechanisch oder elektromagnetisch verfahrbar.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden, anhand der Zeichnung, näher erläutert, ohne auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
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1 für ein erstes Ausführungsbeispiel einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe im Bereich des Pumpenrades, des Pumpengehäuses und des Leitblechs, veranschaulicht für die Stellung des Leitblechs für den Zustand der Kühlmittelpumpe bei Vollförderung,
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2 die Darstellung gemäß 1 für den Zustand der Pumpe bei Teilförderung,
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3 die Darstellung gemäß der 1 und 2 für den Zustand der Pumpe bei Nullförderung,
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4 eine räumliche Ansicht des Leitblechs sowie einer mit dieser verbundenen Schubstange,
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5 die Anordnung gemäß 4 in einer entgegengesetzten Blickrichtung,
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6 für ein zweites Ausführungsbeispiel einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe im Bereich des Pumpenrades, des Pumpengehäuses und des Leitblechs, verdeutlicht für die Stellung des Leitblechs für den Zustand der Pumpe bei Vollförderung,
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7 die Darstellung gemäß 6 für den Zustand der Pumpe bei Teilförderung,
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8 die Darstellung gemäß der 6 und 7 für den Zustand der Pumpe bei Nullförderung,
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9 eine vergrößerte Darstellung des Details Z gemäß 7.
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In 1 ist die regelbare Kühlmittelpumpe 1 nur für den Bereich dargestellt, der für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von Bedeutung ist. Diese Kühlmittelpumpe 1 dient dem Regeln eines Kühlkreislaufs einer Verbrennungskraftmaschine, bei der es sich insbesondere um einen Motor eines Personenkraftwagens handelt.
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Gezeigt ist ein Pumpengehäuse 2, das einen Kühlmitteleinlass 3 und einen Kühlmittelauslass 4 aufweist. Innerhalb des Pumpengehäuses 2 ist ein Pumpenrad 5 angeordnet. Dieses ist in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Dies erfolgt in nicht dargestellter Art und Weise, beispielsweise wie aus dem Stand der Technik bekannt, indem mit dem Pumpenrad 5 eine Pumpenwelle verbunden ist, die mit einer Riemenscheibe verbunden ist, wobei ein Riemen diese Riemenscheibe und eine Riemenscheibe, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, umschlingt.
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Das Pumpenrad 5 weist einen Scheibenabschnitt 6, mit diesem verbundene Schaufeln 7 und ein als Ring ausgebildetes Deckblech 8 auf. Die Schaufeln 7 sind im Bereich deren dem Scheibenabschnitt 6 abgewandten Enden mit dem Deckblech 8 verbunden. Zwischen dem in eine Rotationsbewegung versetzbaren Pumpenrad 5 und damit in Rotationsbewegung versetzbaren Deckblech 8 und dem stationären Pumpengehäuse 2 ist ein geringer Spalt 9 gebildet.
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Im Pumpengehäuse 2 und konzentrisch zur Rotationsachse 10 des Pumpenrades 5 ist ein in Form eines Topfes ausgebildetes Leitblech 11 angeordnet. Dieses ist in Achsrichtung der Rotationsachse 10 hin und her verstellbar. Hierzu ist das Leitblech 11 in einer rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 10 angeordneten Schubstange 12 im Bereich deren freien Endes gelagert. Mittels eines Aktuators, insbesondere eines mechanisch oder elektromagnetisch wirksamen Aktuators lässt sich das Leitblech 11 über die mit diesem verbundene Schubstange 12 verschieben. Durch Verstellen des Leitblechs 11 lässt sich der mittels der Kühlmittelpumpe 1 geförderte Kühlmittelvolumenstrom verändern.
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Das Leitblech 11 weist einen mit der Schubstange 12 verbundenen radialen Ansatz 13 und einen außen mit dem radialen Ansatz 13 verbundenen axialen Ansatz 14 auf, der, vom radialen Ansatz 13 ausgehend, sich vom Deckblech 8 weg erstreckt.
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Das Leitblech 11 und die Schubstange 12 sind als Anordnung in den 4 und 5 veranschaulicht. Gezeigt ist der aus dem radialen Ansatz 13 und dem axialen Ansatz 14 im Wesentlichen gebildete Topf, der das Leitblech 11 bildet. Der radiale Ansatz 13 ist unter strömungstechnischem Aspekt gekrümmt ausgebildet und weist Öffnungen 15 auf, deren Anzahl der Anzahl der Schaufeln 7 des Pumpenrades 5 entspricht. Durch diese Öffnungen 15 sind bei zusammengebauter Kühlmittelpumpe 1 die Schaufeln 7 gesteckt, wobei der Querschnitt der Öffnungen 15 dem Querschnitt der Schaufeln 7 angepasst ist, sodass die Schaufeln 7 die Öffnungen 15 mit minimalem Ringspalt zwischen jeweiliger Schaufel 7 und zugeordneter Öffnung 15 durchsetzen. Konzentrisch zur Schubstange 12, diese unmittelbar außen umgebend, ist die Pumpenwelle angeordnet, in der das Pumpenrad 5 gelagert ist.
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Wie der Darstellung der 4 und 5 und überdies der 1 zu entnehmen ist, ist der axiale Ansatz 14 des Leitblechs 11 mit einer Vielzahl am Umfang des Gleitblechs 11 gleichmäßig verteilter Entlastungsöffnungen 16 versehen. Diese weisen insbesondere rechteckigen oder ovalen Querschnitt auf. Die jeweilige Entlastungsöffnung 16 ist länglich ausgebildet, weist somit die Form eines Schlitzes auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel durchsetzt die Entlastungsöffnung 16 den axialen Ansatz 14, ist somit als diesen Ansatz 14 durchsetzendes Loch ausgebildet. Das Leitblech 11 ist im Bereich seines radialen Ansatzes 13, benachbart dem axialen Ansatz 14, auf der dem, Deckblech 8 zugewandten Seite, mit einem konzentrisch zur Rotationsachse 10 angeordneten Dichtring 17 versehen. Das Pumpenrad 5 nimmt im Bereich des radial äußeren Endes des Scheibenabschnitts 6 einen Dichtring 18 auf.
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1 veranschaulicht die Betriebsstellung der Kühlmittelpumpe 1 bei Vollförderung. Hierbei ist der radiale Ansatz 13 des Leitblechs 11 unmittelbar benachbart dem Scheibenabschnitt 6 des Pumpenrades 5, liegt somit quasi am Scheibenabschnitt 6 an. Hierdurch ist ein Förderkanal 19 im Pumpengehäuse 2 mit maximalem Förderquerschnitt eingestellt. In dieser Stellung dichtet der Dichtring 18 den Scheibenabschnitt 6 zum axialen Abschnitt 14 des Leitblechs 11 in unmittelbarer Nähe zum radialen Ansatz 16 des Leitblechs 11 ab. Gemäß der veranschaulichten Pfeile strömt das Kühlmittel durch das Pumpengehäuse 2, konkret dem zwischen dem Leitblech 11 und dem Pumpengehäuse 2 gebildeten Raum, der zur besseren Unterscheidung als Außenraum 20 bezeichnet ist.
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Wird, ausgehend von der Stellung des Leitblechs 11 gemäß 1, das Leitblech 11 durch Betätigen des Aktuators und damit Verschieben der Schubstange 12 verschoben, in die Stellung gemäß 2 für den Zustand der Teilförderung der Kühlmittelpumpe 1, ergibt sich eine Reduzierung des Durchtrittsquerschnitts des Außenraums 20 aufgrund der Annäherung von radialem Ansatz 12 des Leitblechs 11 und Deckblech 8. Unmittelbar beim Verfahren des Leitblechs 11 aus der Stellung gemäß 1, gelangt der Dichtring 18 außer Eingriff mit dem axialen Ansatz 14 des Leitblechs 11, womit die Dichtfunktion aufgehoben wird und eine Strömungsverbindung zwischen dem nunmehr zwischen dem Leitblech 11 und dem Scheibenabschnitt 6 gebildeten Innenraum 21 des Pumpengehäuses 2 und den diversen Entlastungsöffnungen 16 geschaffen wird. Dies ermöglicht ein schnelles Schalten der Kühlmittelpumpe 1, somit schnelles Verfahren des Leitblechs 11 mittels der Schubstange 12, weil Kühlmittel in diesen Innenraum 21 einströmen kann, insbesondere durch die Entlastungsöffnungen 16 und aufgrund des vorhandenen minimalen Spaltes zwischen der jeweiligen Schaufel 7 und dem. Leitblech 11 auch durch diesen Spalt. Andererseits kann Kühlmittel, das insbesondere durch diese Spalte zwischen Schaufeln 7 und Leitblech 11 in den Innenraum 21 bei Teilförderung eindringt, durch die Entlastungsöffnungen 16, wie durch die dem Innenraum 21 zugeordneten Pfeile dargestellt, aus diesem Innenraum 21 gefördert werden kann. Befindet sich Luft in diesem Innenraum 21, kann diese entsprechend der vorgenannten Beschreibung betreffend das Kühlmittel gefördert werden.
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3 veranschaulicht den Zustand der Kühlmittelpumpe 1 bei Nullförderung. Hierbei ist das Leitblech 11 weiter in Richtung des Deckblechs 8 bewegt und es dichtet der Dichtring 17 das Leitblech 11 zum Deckblech 8 hin ab. In dieser Position liegt der Dichtring 18, der im Scheibenabschnitt 6 des Pumpenrades 5 gelagert ist, am axialen Ansatz 14 des Leitblechs 11 in dem Bereich des axialen Ansatzes 14 an, der dem radialen Ansatz 13 des Leitblechs 11 abgewandt ist. Der Innenraum 21 steht somit über die Entlastungsöffnungen 16 in Strömungsverbindung mit dem Kühlmittelauslass 4. Soll die Kühlmittelpumpe 1 aus dem Zustand der Nullförderung in den Zustand der Teilförderung oder sogar der Vollförderung bzw. aus dem Zustand der Teilförderung in den Zustand der Vollförderung geführt werden, kann bei einer schnellen Bewegung des Leitblechs 11 durch Aktivierung über den Aktuator das Kühlmittel, das sich im Innenraum 21 befindet, schnell durch die diversen Entlastungsöffnungen 16 in dem Kühlmittelauslass 4 entweichen.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der 6 bis 9 stimmt im Wesentlichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel überein, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Figurenbeschreibung verwiesen wird, wobei entsprechende Bauteile der beiden Ausführungsformen mit denselben Bezugsziffern bezeichnet worden sind.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass die Entlastungsöffnungen 16 nicht den axialen Ansatz 14 des Leitblechs 11 durchsetzen, sondern die jeweilige Entlastungsöffnung 16 als Nut ausgebildet ist, die ihrer Form der Entlastungsöffnung 16 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Die Wirkungsweise der Kühlmittelpumpe 1 bei Vollförderung, somit Zustand gemäß 6 des zweiten Ausführungsbeispiels, entspricht der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Zustand nach 1. Bei Teilförderung gemäß Zustand nach 7 des zweiten Ausführungsbeispiels kann Kühlmittel durch die als Nuten ausgebildeten Entlastungsöffnungen 16 an dem Dichtring 18 vorbeiströmen. Bei Strömungsrichtung aus dem Innenraum 21 wird, wie es zur 9 mit Pfeilen veranschaulicht ist, das Kühlmittel um die freie Kante des axialen Ansatzes 14 herumgelenkt und gelangt durch den zwischen dem rotierenden Leitblech 11 und dem Pumpengehäuse 2 gebildeten Spalt 22 zum Kühlmittelauslass 4.
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Für das zweite Ausführungsbeispiel ergibt sich für den Zustand der Vollförderung gemäß 8 dieselbe Abdichtsituation von Leitblech 13 und Deckblech 8 infolge des Dichtrings 17. Im Unterschied ist aber aufgrund der Dichtwirkung zwischen dem Dichtring 18 und dem freien Ende des axialen Ansatzes 14 kein Ausströmen in diesem Bereich des Leitblechs 11 möglich, weil im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel keine den axialen Ansatz 14 durchsetzende Löcher – Entlastungsöffnungen 16 – sondern Nuten – Entlastungsöffnungen 16 – vorgesehen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Kühlmitteleinlass
- 4
- Kühlmittelauslass
- 5
- Pumpenrad
- 6
- Scheibenabschnitt
- 7
- Schaufel
- 8
- Deckblech
- 9
- Spalt
- 10
- Rotationsachse
- 11
- Leitblech
- 12
- Schubstange
- 13
- Radialer Ansatz
- 14
- Axialer Ansatz
- 15
- Öffnung
- 16
- Entlastungsöffnung
- 17
- Dichtring
- 18
- Dichtring
- 19
- Förderkanal
- 20
- Außenraum
- 21
- Innenraum
- 22
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5169286 [0003]
- DE 102004054637 A1 [0005]
- DE 102006034960 A1 [0005]
